白气是水受热产生的什么,白气是不是水蒸气它是怎么形成的

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-12-20 18:27:58

看不见的分子

物态变化是自然界最常见的现象之一,每时每刻都在我们身边发生。以水为例,它不停地在固态、液态、气态这3种状态之间转化,我们见到的冰、露、霜、雪、雾等,都是水的化身。水蒸气也是水的化身,但是我们的肉眼看不到,我们只能看到由水蒸气变成的液态或固态。

自然界所有物体都是由大量分子构成的。2 500万个人手拉手可以绕地球赤道一周,而2 500万个分子挨在一起排队,长度只有1厘米。1标准大气压下,手指头大的容器里,可容纳约2.7×1019个气体分子。假设让这些气体分子从容器中跑出来,1秒跑出1亿个,需要9 000年才能跑完。如果每秒数出100亿个,要数80年。如果手指头大的容器里装的是水,大约有3.3×1022个水分子,把它们平均洒在地球表面,每平方厘米有6 000多个水分子。现在我们知道分子是多么小了,肉眼根本看不见。

分子间有空隙。我们会发现,吹足气的气球放置几天就会变瘪,原因就是气球内的气体分子从组成气球皮的分子间隙跑掉了。打足气的自行车放置一段时间,轮胎就会变瘪,这也是同样的道理。如果我们可以将自己变得像原子那样小,或者像质子、中子那样小,就可以毫不费力地穿过所有障碍物了。

固、液、气的神奇变化

组成物质的分子在永不停息地做无规则运动,温度越高,分子无规则运动越剧烈。分子间既有引力又有斥力,引力和斥力的大小与分子间距离有关。

一般来说,固体的分子间距离较小,分子间的引力和斥力都比较大,这就导致分子只能在平衡位置上做无规则的振动。就像正在上课的学生,可以在自己座位上翻书、做笔记、调整坐姿,但是不能随便“下位”。这就能让固体维持一定的体积和形状。当我们给固体加热时,或者说当固体吸热时,组成它的分子的无规则运动会加剧,分子的振动空间会变大。当分子间距离拉开,宏观上就表现为物体的体积增大。如果吸热足够多,无规则运动的分子就可以摆脱周围分子的约束,能“下位”溜达了,这在宏观上就表现为物体能流动起来,固态就变成液态了,即发生了熔化。反之,如果我们将液体压缩,或者降温,又可以让液态重新变为固态,这就是凝固。

液体表面的分子相对于内部的分子受到的约束少,在做无规则运动时,有可能脱离群体跑到空气中去,这就是蒸发。蒸发总是发生在液体表面的,而且任何温度下都会有分子“开小差”跑掉——也就是说,蒸发在任何温度下都能发生。我们洗过手会晾干,洗过的衣服会晾干,地上的积水也会晾干,都是因为水蒸发了。

如果环境温度高,水分子能获得更多的能量,就更有可能脱离其他分子的约束。所以,我们如果想让湿衣服快速变干时,会将衣服晾在阳光下。当然,还要把衣服尽量展开,能放风口更好——表面积越大,表面空气流速越大,水蒸发得越快。水蒸发时,需要从周围吸收热量,因此可以起到降温的作用。夏天,我们在地面洒水来降低环境温度,就是利用了这个原理。

相同条件下,酒精蒸发得更快。我们在温度计的玻璃泡上喷些酒精,会迅速闻到刺激性气味,这是因为酒精蒸发,酒精分子弥漫在空间里的缘故。由于蒸发吸热,我们会观察到温度计的示数迅速下降。当酒精蒸发完毕,温度计示数又会慢慢上升,回到室温。

由液态变为气态,我们称之为汽化。汽化有两种方式,除了蒸发,还有沸腾。沸腾在液体表面和内部同时进行,内部的水蒸气争先恐后地往水面上升,导致水花翻滚,同时发出响声。

沸腾需要两个条件:一是温度达到沸点,二是能持续吸热。沸点受气压影响,当水面气压减小,水的沸点会降低;当水面气压增大,水的沸点会升高。用高压锅可以增大水面气压,从而提高水的沸点,这样食物就容易变熟。

我们在家烧水时,会看到水面冒“白气”。这种“白气”其实不是气体,而是高温的水蒸气遇冷变成的小水珠,这个过程我们称之为液化。拿起锅盖,我们会看到锅盖上的水滴,这也是水蒸气液化而来的。等到锅盖的温度升到一定程度,液化就不再发生了,因为与水蒸气的温度差太小了。冬天我们有时往手上哈气给手取暖,手感觉暖和的同时,还会有湿湿的感觉,这是因为呼出的温度较高的水蒸气遇到温度较低的手,放出热量,液化成了小水珠。

固态和气态之间也可以直接转化。为了防蛀,我们会在衣柜或书橱里放上樟脑丸。我们可以嗅到樟脑丸散发出的刺激性气味——它由固态直接变成了气态。这种物态变化叫作升华,需要吸热。它的逆过程是凝华,需要放热。白炽灯的灯丝是金属钨制作的,通电时钨丝发光,因为受热,部分钨的分子从钨丝上“逃逸”,变成了钨蒸气,升华就发生了。但是,这时钨丝并没有熔化,也就是说,升华的温度是低于熔点的。

灯灭了后,温度下降,钨蒸气便放出热量,发生凝华——在温度较低的灯泡内壁聚集,变成钨粉,重新回到固态。因此,白炽灯使用时间长了以后,灯泡便会变黑,内壁上的一层薄薄的钨粉影响了透明度。同时,灯丝越来越细,也会让功率下降。日光灯管变黑也是同样的原因。

你留意过这些冬季现象吗

气温很低的冬季,洗过的衣服晾在外面会变硬,这是因为水凝固了。但是,冰冻的衣服也会变干,因为冰发生了升华,直接变成了水蒸气。哈尔滨在冬季会举办冰雕节,那些冰雕会一天天变小,也是因为升华的缘故。冬天我们堆雪人,气温在0℃以下,雪不会熔化,但是雪人一天天变小,这也是因为雪发生了升华。

因为日照,空气中的水蒸气白天温度较高,夜晚环境温度下降,水蒸气对外放热。当温度差不是很大时,可能发生液化现象,草叶上的露珠、浮在空中的雾就是这么形成的。如果气温骤降,导致温差很大,水蒸气则会发生凝华,地面上的霜和高空的雪都是这样形成的。“霜前冷,雪后寒”,说的就是霜现象发生之前会有一个气温骤降的过程,而下完雪之后,不论雪发生熔化还是升华,都需要吸热,导致气温降低。

冬天房间里温度高,而窗玻璃温度低,房间里温度较高的水蒸气就会在玻璃的内表面发生液化,导致玻璃内表面上起雾;或者发生凝华,导致玻璃内表面上出现一层冰花。冰花、雪花、霜花都是水蒸气凝华成的晶体,形状规则,所以称之为“花”。而在夏天,开空调的房间温度低,室外水蒸气温度较高,水蒸气会在玻璃外表面发生液化。坐公交车时,有时发现窗户玻璃上也会出现白雾或冰花,它们一定出现在温度高的那一侧。

人工造“雪”的实验

我们可以利用樟脑丸,来做一个人工造“雪”的实验,实验过程中一定要注意安全。

找个锥形瓶或者玻璃杯、试管、玻璃瓶,其他透明的、防烫的容器也行。将樟脑丸包在纸里,用锤子或者钳子将樟脑丸粉碎,然后将粉末倒入容器底部。在容器里吊挂些布条,或者小树枝、棉线等,再将容器加热。加热方式有很多,可以用酒精灯火焰、蜡烛火焰加热,或者将容器底部放进开水中。一两分钟后,停止加热。如果加热温度比较高,我们可以观察到容器中出现液态物质,这是樟脑丸的熔化现象。不需要达到这么高的温度,樟脑丸就会升华。

停止加热后,静待容器冷却,你会看到容器内壁出现细小的樟脑丸晶体,就像一片片雪花。此时将小树枝、布条、棉线等从容器中取出,你就可以仔细观察附着在上面的“雪花”了。

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